28) Иерархическая структура памяти. Способы организации памяти.
Подсистема памяти имеет иерархическую, «многослойную» структуру: при переходе по слоям «сверху - вниз» (от процессора) – увеличивается объем и падает скорость.
Чем определяется соотношение объемов и скоростей «слоев»? Эти характеристики выбираются с целью получить наивысшую производительность при той же цене. Перечислим «слои» памяти ЭВМ:
Регистры процессора – это составная часть процессора, которая, однако, выполняет функцию (временного) хранения программных объектов: элементов программного кода, обрабатываемых операндов и их адресов;
Кэш – память (может быть многоуровневая);
Оперативное запоминающее устройство,ОЗУ (Random Access Memory, RAM) – память с произвольной адресацией;
Внешние ЗУ (диски) – это память с последовательным доступом
Сеть– с точки зрения хранения данных, сеть ЭВМ, к которой подключен компьютер, может рассматриваться, как огромное, но медленное хранилище информации (Интернет).
С точки зрения понимания того, как происходит процесс выполнения программы, наиболее важное значение имеет часть 3) ОЗУ (основная или оперативная память).
1. а)Произведение времени доступа на стоимость хранения бита Д-х является величиной постоянной. б)Чем более быстродействующее ЗУ, тем больше стоимость хранения бита Д-х . в)Среднее время доступа такой памяти будет равна времени доступа к самому медленному ЗУ. г)При одновременном использовании различных типов ЗУ и при произвольном дотупе в их адресное пространство среднее время доступа == времени доступа к самому медленному ЗУ. д)Повышение бвстродействия памяти и увеличение её ёмкости без увеличения стоимости хранения бита возможно только архитектурными методами путём использования 2-х или более типов ЗУ в рамках иерархической организации доступа.
Учёт локальности потоков к-д Д-х как в пространстве, так и во времени (частота их использования позволяет построить иерархическую память).
а).частотный Наиболее часто используемые Д-е распологаются в наиболее быстродействующей памяти. б).принцип локальности Используется блочная пересылка м/у уровнями памяти, позволяющая получить следующие, возможно необходимые Д-е для последующей обработки, распологаемые в более быстродействующем ЗУ.
Подсистема памяти — это совокупность тех-их средств для организации доступа к Д-м.
Доступ: а) хранение; б) чтение; в) запись Д-х;
Конструктивно её организовать в ЭВМ невозможно. Она включает:1 процессор 2системный интерфейс 3модули памяти 4специальные схемы 5схемы контроля за достоверностью Д-х (при хранении ипри пересылке) 6сх. регенерации 7сх. защиты памяти (часть расположена в процессоре, часть на материнке. в модулях. подсистема прерываний).
29) Принцип магнитной записи на жесткие диски и магнитные ленты.
Принцип магнитной записи заключается в воздействии электромагнитного поля на ферромагнитный материал магнитной ленты, осуществляемом при записи, а также перезаписи аналогового сигнала. Магнитное поле в процессе записи изменяется в соответствии с изменениями электрических сигналов. Электрические колебания от источника звука подаются на записывающую головку и возбуждают в ней магнитное поле звуковой частоты (20 Гц – 20 кГц). Под действием этого поля происходит намагничивание отдельных участков магнитной ленты, равномерно перемещаемой вдоль головок записи, стирания и воспроизведения.
Принцип магнитной записи электрических сигналов на движущийся магнитный носитель основан на явлении остаточного намагничивания магнитных материалов. Запись и хранение информации на магнитном носителе производится путем преобразования электрических сигналов в соответствующие им изменения магнитного поля, воздействия его на магнитный носитель и сохранения следов этих воздействий в магнитном материале длительное время, благодаря явлению остаточного магнетизма. Воспроизведение электрических сигналов производится путем обратного преобразования [1].
Система магнитной записи состоит из носителя записи и взаимодействующих с ним магнитных головок
При цифровой магнитной записи в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание или перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя.
При периодическом изменении направления поля записи в рабочем слое носителя возникает цепочка участков с противоположным направлением намагниченности, которые соприкасаются друг с другом одноименными полюсами. Рассмотренный вид записи, когда участки рабочего слоя носителя перемагничиваются вдоль его движения, называется продольной записью [2] (рис.3).
Чередующиеся участки с различным направлением намагниченности, возникшие в магнитном покрытии, являются магнитными доменами (битовыми ячейками). Чем меньше размер ячейки, тем выше плотность записи информации. Однако с уменьшением размера ячейки возрастает взаимное влияние их размагничивающих полей (см. рисунок), направленных в сторону, противоположную намагниченности в ячейках, что при уменьшении битовой ячейки ниже критического значения приводит к самопроизвольному размагничиванию.
Рис.3. Последовательность участков с противоположным направлением намагниченности
Для магнитной записи используются носители в виде магнитных пластин (дисков). Пластины изготавливаются процессом напыления множественных металлических пленок и защитного слоя покрытия на очень плоскую, бездефектную стеклянную или алюминиевую подложку. Информация размещается в виде концентрических окружностей, называемых дорожками (рис.4). В современных НЖМД плотность дорожек достигает значений 4,3*104 дорожек на один сантиметр радиуса пластины.
30)Принцип записи и хранения информация на оптических дисках
В процессе записи информации на оптические диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера.
Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку, начинающуюся от центра диска и содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.
В процессе считывания информации с оптического диска луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность оптического диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логический 0 или 1).
Оптические CD –диски рассчитаны на использование инфракрасного лазера с длиной волны 780 нм и имеют информационную емкость 700 Мбайт.
Оптические DVD-диски рассчитаны на использование красного лазера с длиной волны 650 нм и имеют информационную емкость от 4,7 Гбайт (однослойные DVD-диски ) до 8,5 Гбайт (двухслойные DVD-диски).
Оптические диски HD DVD и Blu-Ray рассчитаны на использование синего лазера с длиной волны 405 нм и имеют информационную емкость в 3-5 раз превосходящую информационную емкость DVD-дисков.